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讓核融合成為可能:國際原子能總署論壇向前推動先進原型

出處 IAEA 作者 周鴻哲摘譯 年份 2020/03/18
報告類型 新聞報導 分類 原子科技及民生應用 資料時間 2020年3月
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       連結電漿物理和工程方面以創新技術設計和聚焦核融合設備操作的國際原子能總署第三屆偏濾器概念技術會議(IAEA technical meeting on divertor concepts)在維也納舉行,共有70名國際專家出席會議。核融合(Nuclear fusion)是太陽提供動力的反應過程,該過程若利用在融合型核子反應器中可提供幾乎無限安全且零碳排放能量。然而在發展中的關鍵部分為偏濾器(divertor)單元,它是反應器唯一在發生反應過程中讓極高溫電漿與反應器容器直接接觸的部分。

       該會議是一個討論偏濾器物理中各種方式的磁性結構(magnetic configurations)的特殊機會,ITER偏濾器(ITER divertor)為有史以來最大且最複雜的偏濾器,需新穎想法使這項設備。儘管該項設計融入當前的最新的理論與科技技術,但對於未來的核融合電廠而言,目前仍待開發從電漿中除去輸入功率(access power)以及反應過程中所產生雜質的要求。

       目前正由法國組建中的ITER—國際核融合反應爐規模實驗(the international fusion reactor scale experiment,其偏濾器將由54個十噸重的盒形結構所組成。這樣巨型的設備在機器的使用期間至少需要一次利用遠端遙控來移除。想了解如何在目前全球最大的實驗級核融合設備做到,可觀看此視頻 this video

       ITER偏濾器會面臨產生每平方公尺10到20 百萬瓦的熱通量(MW heat fluxes),這是太空梭重新進到地球大氣層的熱負荷的十倍!其中暴露的表面將預期面臨1000至2000°C的最高溫。由於該原因,加上必須對於氚(Tritium核熔融所使用的同位素燃料)要有低影響,鎢是一種在非常高的溫度下(3400°C)才會熔化的金屬,因此被選做面對高熱電漿結構的保護材料。

       ITER運轉經驗將為未來能夠實踐發電的核融合電廠的設計提供很多技術上的基礎,包括偏濾器系統的測試。尋找更多的阻抗材料 (resistant materials)和最佳的磁性結構以便更佳處理偏濾器上的熱通量是正在進行的核融合研究和研發的主要重點。而設計帶有幫浦的偏濾器系統,利用幫浦區分在氘(Deuterium)和氚核融合中產生的氦和沒有燃燒的核融合燃料,則是正在進行的研究的另一個主軸。

       國際核融合反應爐規模實驗和電漿運作部負責人理查德·皮茨(Richard Pitts)將演講重點放在國際核融合實驗反應爐偏濾器的穩定狀態運作上,說明自20年前開始設計偏濾器以來,如何針對加強在偏濾器區域電漿裡的強力中性壓力(high neutral pressure)運行需求下之研發進展。他強調,在ITER高功率運作前的未來十年內,有必要繼續制定強而有力的邊界電漿物理(boundary plasma physics)和材料的研究計劃以供持續發展。